fundamentos da engenharia eletrica

fundamentos da engenharia eletrica

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Agrupamento Vertical de São João da Pesqueira Escola E.B. 2,3 / Secundária de São João da Pesqueira

Biologia

Fundamentos de Engenharia Genética

Elaborado por: Ana Vieira nº17 Andreia Peneda nº22 Paula Pereira nº23 12ºA

Índice

Pág.

Impressões digitais genéticas ……………………………18
Reacções de polimerização em cadeia …………………2

Introdução ……………………………………………………. 3 Enzimas de restrição ……………………………………….. 7 Técnica do DNA recombinante (rDNA) …………………… 10 DNA complementar (cDNA) ……………………………….. 15 Conclusão .…………………………………………………… 24 Bibliografia …………………………………………………… 26

Fundamentos de Engenharia Genética Introdução

A descoberta, em meados do século passado, da estrutura das moléculas que contém a informação genética abriu caminho para uma nova área do conhecimento.

Um dos passos mais marcantes ocorreu em 1953, quando Watson e Crick apresentaram o modelo de dupla hélice para a molécula de DNA. Segundo este modelo, a molécula de DNA é composta por duas cadeias polinucleotídicas que se dispõem em sentidos inversos, designando-se, por isso, antiparalelas.

Cada nucleótido é formado por uma base azotada, uma pentose (glícido com cinco carbonos) e um grupo fosfáto (ácido fosfórico). Os nucleótidos que formam uma cadeia polinucleotídica ligam-se entre si através de ligações covalentes. A ligação entre as duas cadeias é feita por complementaridade entre as bases azotadas, verificando-se que a adenina só emparelha com a timina (através do estabelecimento de duas pontes de hidrogénio), enquanto que a guanina só se liga à citosina (através do estabelecimento de três pontes de hidrogénio).

Fig.1 – Watson e Crick

Fig.2 – Nucleótido 3

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Fig.3 – Estrutura e composição química do DNA

O outro ácido nucleico – o RNA – é formado por uma cadeia simples de nucleótidos, apresentando dimensões muito inferiores ás da molécula de DNA. Contudo, em determinadas regiões, a molécula de RNA pode dobrarse devido ao estabelecimento de pontes de hidrogénio entre as bases

complementares (a adenina emparelha com o uracilo e a guanina com a citosina). Fig.4 – Nucleótido

Para que a informação contida no DNA seja expressa é necessário que, em primeiro lugar, a informação seja passada ao RNA, que se forma por complementaridade com o DNA, e que, posteriormente, essa informação, agora veiculada pelo RNA, seja traduzida sob a forma de proteínas.

Este fluxo unidireccional de informação entre os ácidos nucleicos e as proteínas ficou conhecido como “dogma central da Bioquímica”.

DNA → RNA → Proteína 4

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Fig.5 – Dogma central da Bioquímica.

A partir da década de 70 do século X, porém, ocorreu uma verdadeira revolução biotecnológica. Ciência e Tecnologia, profundamente ligadas e interdependentes, têm fornecido importantes conhecimentos sobre a vida e, simultaneamente, começaram a manipula-la. Abriram a molécula de DNA, extraíram genes, transplantaram-nos para outras células, multiplicaram alguns desse genes milhões e milhões de vezes e “criaram, em tubo de ensaio”, seres que não surgiram como resultado de milhões de anos de evolução. É a engenharia genética que permite conhecer melhor algumas das doenças humanas, oferece produtos sectores à indústria e quer libertar a agricultura das suas dependências em relação aos adubos e aos pesticidas.

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A engenharia genética precisa de técnicas de elevada precisão, ao mesmo tempo que os comités de bioética vão analisando e reflectindo sobre os avanços e as controvérsias. Fig.6

Um dos grandes problemas com que se depararam os investigadores que tentavam manipular o DNA era o isolamento dos genes. Ao longo da década de 60 do mesmo século, diversas investigações com microrganismos tinham permitido descobrir enzimas capazes de seleccionar o DNA em locais específicos. Estas enzimas denominadas enzimas de restrição, começaram, então, a ser utilizadas em técnicas de manipulação in vitro. Podemos afirmar que as enzimas de restrição estão na base da engenharia genética, cujo objectivo é a manipulação directa de genes com um fim prático.

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Enzimas de restrição

As enzimas de restrição fragmentam o DNA por hidrólise em locais específicos. A especificidade é dada pela sequência de nucleótidos que a enzima reconhece, fragmentando o DNA sempre que encontra essa sequência.

Fig.7 – Reconhecimento da sequência 5` GAA TTC 3` pela enzima EcoRI

Como funcionam as enzimas de restrição? Os vírus invadem frequentemente as bactérias e afectam o seu DNA. Algumas bactérias possuem um mecanismo de defesa contra os vírus que consiste na produção de enzimas de restrição. Estas enzimas actuam em pontos específicos, as chamadas zonas de restrição, catalisando o desdobramento da DNA em fragmentos menores. Estes fragmentos contêm nas suas extremidades a sequência que foi reconhecida pela enzima de restrição. Estas porções terminais designam-se

por extremidades coesivas.

Fig.8 – “Ferramentas” da engenharia genética

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As extremidades coesivas podem então ligar-se, por complementaridade, a outro DNA. Neste processo intervêm outras enzimas, chamadas ligases do DNA, que catalisam o processo que permite que fragmentos de DNA se voltem a ligar.

Fig.9 – Acção das enzimas de restrição e da DNA ligase

A descoberta das enzimas de restrição e das ligases do DNA fornecem aos investigadores a oportunidade de manipular e transferir genes de uma molécula de DNA para outra, isto é, de um organismo para outro. Nesta transferência de genes é também necessária a existência de um vector, isto é, uma molécula capaz de transportar o fragmento de DNA para uma célula. Os bacteriófagos (vírus que atacam bactérias) e os plasmídeos (pequenos fragmentos livres de DNA com forma circular que estão presente

em bactérias) são dois exemplos de vectores. Fig.10 – Vector

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Fig.1 – Vírus bacteriófagoFig.12 – Plasmídeos

As enzimas de restrição permitiram desenvolver umas das metodologias mais utilizadas pela engenharia genética – a tecnologia do DNA recombinante (rDNA) – isto é, produzir moléculas de DNA a partir da combinação de genes com proveniências diferentes.

Fig.13 – DNA recombinante 9

Fundamentos de Engenharia Genética Técnica do DNA recombinante (rDNA)

Na técnica do DNA recombinante, recorrendo a enzimas de restrição para cortar o DNA em pontos específicos e a ligases do DNA para reconstruir a molécula, uma porção de DNA, natural ou sintético, é inserido noutro DNA estranho.

O processo básico da técnica do rDNA consiste em: 1- “Abertura” da molécula de DNA do plasmídeo, num ponto específico, pela enzima se restrição; 2- Isolamento de genes de interesse noutras moléculas de DNA “ doadoras” recorrendo a enzimas de restrição do mesmo tipo; 3- Junção do gene a inserir do plasmídeo e de ligases do DNA; 4- Ligação do gene ao plasmídeo formandose o DNA recombinante; 5- Introdução do plasmídeo recombinante em bactérias, que funcionam como células hospedeiras do novo gene; 6- Produção da proteína desejada a partir do DNA recombinante.

Esta técnica permite, por exemplo, introduzir porções de DNA de uma determinada espécie num microrganismo, que, em condições adequadas, se divide, permitindo a criação de inúmeras cópias do gene (ou do produto do gene) aí inserido. Trata-se de uma clonagem do segmento de DNA manipulado.

Fig.14 – Técnica do DNA recombinante

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A nova molécula de DNA presente nos clones do microorganismo onde foi inserido o DNA recombinante permitirá a produção de uma nova proteína, de acordo com a nova informação genética que possui. Desta forma, é possível, por exemplo, introduzir um gene humano em bactérias para que estas produzam, em larga escala, uma determinada proteína humana.

Fig.15 – Produção de insulina humana utilizando a técnica do DNA recombinante

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